|
DOI: 10.14489/vkit.2020.08.pp.019-028
Грибова В. В., Стрекалёв В. О.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИММЕРСИВНЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ С БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
(с. 19-28)
Аннотация. Предложена архитектура инструментального комплекса для создания и воспроизведения иммерсивных виртуальных тренажеров с использованием биологической обратной связи. Рассмотрен обзор существующих решений – инструментальные средства для разработки и воспроизведения виртуальных тренажеров. Введено понятие иммерсивного виртуального тренажера с биологической обратной связью. Предложены принципы разработки инструментального комплекса, основанные на использовании онтологического подхода, создании декларативной модели тренажера по онтологии с включением в процесс разработки специалистов разного профиля: экспертов предметной области, биологической обратной связи, дизайнеров и программистов. Приведено описание архитектуры, информационных и программных компонентов инструментального комплекса, направленного на автоматизацию процессов создания, запуска, управления и мониторинга на основе биологической обратной связи.
Ключевые слова: виртуальная реальность; биологическая обратная связь; инструментальный комплекс; иммерсивность; виртуальные среды; компьютерные тренажеры; онтологии.
Gribova V. V., Strekalev V. O.
TOOLKIT FOR IMMERSIVE VIRTUAL SIMULATORS WITH BIOFEEDBACK
(pp. 19-28)
Abstract. The architecture of the instrumental complex for the creation and reproduction of immersive virtual simulators using biological feedback is proposed. An overview of existing solutions such as tools for the development and reproduction of virtual simulators is considered. The analysis of the use of virtual reality in different areas such as aircraft control, parachute jumping, various medical procedures, and operations which require preliminary preparation is considered. The concept of an immersive virtual simulator with biological feedback has been introduced. The use of virtual reality and biological feedback equipment as well as the applicability of the software-hardware complex in the field of interaction and control of objects of the virtual environment based on the state of a person and the state of objects are determined within its framework. The following principles of the instrumental complex development based on the use of the ontological approach are proposed: the use of various mechanisms to describe the learning scenario, the support for various control mechanisms of the simulator, the inclusion of specialists of different profiles in the development process of the simulator, and the automatic generation of the components of the virtual environment based on the declarative model of the virtual simulator to simplify the creation of a virtual environment. The description of the architecture and all interested participants is provided. The connections between the participants and the components of the tool complex are shown. The information and software components of the instrumental complex aimed at automating the process of creation, launch, control, and monitoring based on biological feedback are considered. A complex of ontologies is described: the ontology of an immersive virtual simulator with biological feedback and the ontology of knowledge about human states. The interfaces of the instrumental complex are demonstrated, such as interfaces of the equipment editor, monitoring tools, and launching tools.
Keywords: Virtual reality; Biofeedback; Toolkit; Immersion; Virtual environment; Computer simulators; Ontology.
В. В. Грибова, В. О. Стрекалёв (Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
V. V. Gribova, V. O. Strekalev (Institute of Automation and Control Processes Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia) E-mail:
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
1. Riener R., Harders M. Virtual Reality in Medicine. London: Springer Science & Business Media, 2012. 294 p. DOI: 10.1007/978-1-4471-4011-5
2. Технологии виртуальной реальности в комплексной медицинской реабилитации пациентов с ограниченными возможностями (обзор) / М. Г. Воловик и др. // Современные технологии в медицине. 2018. Т. 10, № 4. С. 173 – 182.
3. Дзюбенко О. Л., Коженков А. О. Применение виртуальных симуляторов в образовательно-обучающей среде военного вуза [Электронный ресурс] // Электр. науч.-практ. журнал «Гуманитарные научные исследования». 2013. № 1(17). 6 с. URL: http://human.snauka.ru/2013/01/2181 (дата обращения: 01.07.2020).
4. Трухин А. В. Анализ существующих в РФ тренажерно-обучающих систем // Открытое и дистанционное образование. 2008. № 1(29). С. 32 – 39.
5. Wetzstein G. Computational Near-Eye Displays Engineering the Interface to the Digital World // The BRIDGE. 2016. V. 46, No. 4. Р. 5 – 10. URL: https:// www.nae.edu/File.aspx?id=164381 (дата обращения: 01.07.2020).
6. Саяпин В. О. Компьютерная виртуальная реальность: границы искусственно созданных миров // Вестник Тамб. ун-та. Сер. Гуманитарные науки. 2006. № 2(42). С. 138 – 143.
7. Филатова Н. Н., Вавилова Н. И. Проектирование мультимедиатренажеров на основе сценарных моделей представления знаний // Образовательные технологии и общество. 2000. Т. 3, № 4. С. 193 – 202.
8. Вартанова Т. С., Сметанкин А. А. Очерк истории развития биологической обратной связи как метода медицинской реабилитации // Общие вопросы применения метода БОС: сб. ст. СПб. 2008. С. 3 – 19.
9. LaValle S. M. Virtual Reality / University of Illinois. Cambridge University Press, 2017. 430 p. URL: http://vr.cs.uiuc.edu/vrbook.pdf (дата обращения: 01.07.2020).
10. Системы виртуальной, дополненной и смешанной реальности: учеб. пособие / А. А. Смолин и др. СПб.: Изд-во Ун-та ИТМО, 2018. 59 c.
11. Специализированное учебное оборудование с применением современных цифровых технологий [Электронный ресурс] // Учебно-лабораторное оборудование и учебно-лабораторные стенды. URL: https:// zarnitza.ru/upload/iblock/2db/2db2f5c991671eda8b4724426e761b55.pdf (дата обращения: 10.06.2020).
12. Аладышев А. В., Субботин Е. А. Функциональное биоуправление с обратной связью – перспективная информационная технология в медицине // Современные наукоемкие технологии. 2005. № 3. С. 86–87.
13. Базанова О. М., Афтанас Л. И. Использование индивидуальных характеристик ЭЭГ для повышения эффективности биоуправления // Журнал невропатологии и психиатрии им. С. С. Корсакова. 2006. Т. 106, № 2. C. 31 – 36.
14. Грибова В. В., Федорищев Л. А. Интерпретатор проекта виртуальной среды для интерактивных компьютерных систем в Интернете // Технические науки – от теории к практике. 2013. № 19. С. 7 – 14.
15. Грибова В. В., Федорищев Л. А. Управление виртуальными сценами // Информатика и системы управления. 2016. № 2(48). С. 104 – 114.
16. Зубов М. Е. Математическое и программное обеспечение новых технологий проектирования виртуальных тренажеров: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.13.11. М., 2003. 16 с.
17. Ильин А. М. Технология построения математического и программного обеспечения генерации окружающей обстановки для тренажерных комплексов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.13.11. Тула, 2008. 20 с.
18. The VR Glossary: Discover Virtual Reality [Электронный ресурс]. URL: http://www.vrglossary.org/ (дата обращения: 10.06.2020).
19. Мухина О. В., Никитин А. В. Метод адаптивного представления интерактивных электронных сред с погружением // Информационно-управляющие системы. 2010. № 1 (44). С. 15 – 18.
20. Иващенко А. В., Горбаченко Н. А. Сценарная онтология учебного симулятора // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18, № 4-4. С. 720 – 725.
1. Riener R., Harders M. (2012). Virtual Reality in Medicine. London: Springer Science & Business Media. DOI: 10.1007/978-1-4471-4011-5
2. Volovik M. G. et al. (2018). Virtual reality technologies in complex medical rehabilitation of patients with disabilities (review). Sovremennye tekhnologii v meditsine, Vol. 10, (4), pp. 173 – 182. [in Russian language]
3. Dzyubenko O. L., Kozhenkov A. O. (2013). Application of virtual simulators in the educational and training environment of a military university. Elektronniy nauchno-prakticheskiy zhurnal «Gumanitarnye nauchnye issledovaniya», 17(1). Available at: http://human.snauka.ru/2013/01/2181 (Accessed: 01.07.2020). [in Russian language]
4. Truhin A. V. (2008). Analysis of the existing training and training systems in the Russian Federation. Otkrytoe i distantsionnoe obrazovanie, 29(1), pp. 32 – 39. [in Russian language]
5. Wetzstein G. (2016). Computational Near-Eye Displays Engineering the Interface to the Digital World. The BRIDGE, Vol. 46, (4), pp. 5 – 10. Available at: https://www.nae.edu/File.aspx?id=164381 (Accessed: 01.07.2020).
6. Sayapin V. O. (2006). Computer virtual reality: the boundaries of artificially created worlds. Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya: Gumanitarnye nauki, 42(2), pp. 138 – 143. [in Russian language]
7. Filatova N. N., Vavilova N. I. (2000). Designing multimedia simulators based on scenario models of knowledge representation. Obrazovatel'nye tekhnologii i obshchestvo, Vol. 3, (4), pp. 193 – 202. [in Russian language]
8. Vartanova T. S., Smetankin A. A. (2008). Essay on the history of biofeedback development as a method of medical rehabilitation. General questions of the application of the biofeedback method: collection of articles Saint Petersburg, pp. 3 – 19. [in Russian language]
9. LaValle S. M. (2017). Virtual Reality / University of Illinois. Cambridge University Press. Available at: http://vr.cs.uiuc.edu/vrbook.pdf (Accessed: 01.07.2020).
10. Smolin A. A et al. (2018). Systems of virtual, augmented and mixed reality: a textbook. Saint Petersburg: Izdatel'stvo Universiteta ITMO. [in Russian language]
11. Specialized educational equipment using modern digital technologies. Educational laboratory equipment and educational laboratory stands. Available at: https:// zarnitza.ru/upload/iblock/2db/2db2f5c991671eda8b4724426e761b55.pdf (Accessed: 10.06.2020). [in Russian language]
12. Aladyshev A. V., Subbotin E. A. (2005). Functional biocontrol with feedback is a promising information technology in medicine. Sovremennye naukoemkie tekhnologii, (3), pp. 86–87. [in Russian language]
13. Bazanova O. M., Aftanas L. I. (2006). Use of individual EEG characteristics to improve the efficiency of biocontrol. Zhurnal nevropatologii i psihiatrii im. S. S. Korsakova, Vol. 106, (2), pp. 31 – 36. [in Russian language]
14. Gribova V. V., Fedorishchev L. A. (2013). Interpreter of the virtual environment design for interactive computer systems on the Internet. Tekhnicheskie nauki – ot teorii k praktike, 19, pp. 7 – 14. [in Russian language]
15. Gribova V. V., Fedorishchev L. A. (2016). Virtual Scene Management. Informatika i sistemy upravleniya, 48(2), pp. 104 – 114. [in Russian language]
16. Zubov M. E. (2003). Mathematical and software support for new technologies for designing virtual simulators. Moscow. [in Russian language]
17. Il'in A. M. (2008). Technology for constructing mathematical and software environment generation for training complexes. Tula. [in Russian language]
18. The VR Glossary: Discover Virtual Reality. Available at: http://www.vrglossary.org/ (Accessed: 10.06.2020).
19. Muhina O. V., Nikitin A. V. (2010). A method for adaptive presentation of interactive electronic environments with immersion. Informatsionno-upravlyayushchie sistemy, 44(1), pp. 15 – 18. [in Russian language]
20. Ivashchenko A. V., Gorbachenko N. . (2016). Scenario ontology of a training simulator. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra RAN, Vol. 18, (4-4), pp. 720 – 725. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
110.14489/vkit.2020.08.pp.019-028
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/vkit.2020.08.pp.019-028
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»